Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

7. Komplexometria 13. C 13. H Analitika 13. C, 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2010/2011 Frissítés: 2011.02.09.Állapot:

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "7. Komplexometria 13. C 13. H Analitika 13. C, 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2010/2011 Frissítés: 2011.02.09.Állapot:"— Előadás másolata:

1 7. Komplexometria 13. C 13. H Analitika 13. C, 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2010/2011 Frissítés: Állapot: kész

2 7.0 Komplex vegyületek A komplex vegyületekben vagy ionokban  a központi részecske (atom vagy ion)  koordinatív (datív) kötéssel kapcsolja magához a körülötte elhelyezkedő  ligandumokat (molekulák vagy ionok). Feltételei:  a központi részecske elektronhéján legyen „üres” hely,  a ligandumoknak legyen nem kötő elektronpárja,  a részecskék mérete tegye lehetővé, hogy egymáshoz közel kerülhessenek (a kötés csak így jöhet létre). Koordinációs szám: hány ligandum van egy központi részecske körül. Általában 6, gyakran 4, ritkábban 8, néha más is lehet (2, 3, 5, 7).

3 7.0 Komplex vegyületek A komplex vegyületekben vagy ionokban  a központi részecske leggyakrabban d-mezőbeli fém atomja vagy ionja, pl. Fe, Cu, Zn  a gyakoribb ligandumok  molekulák: víz, ammónia, szén-monoxid  ionok: cianid, fluorid, rodanid, hidroxid, klorid. Néhány példa: Atom + molekula: Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Cr(CO) 6, Ion + molekula: Ion + ion: Vegyes:

4 7.0 Komplex vegyületek stabilitása A komplex vegyületek a bennük lévő részecskékből több lépésben képződnek: [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + SCN – ↔ [Fe(SCN)(H 2 O) 5 ] 2+ + H 2 O … [Fe(SCN) 5 (H 2 O)] 2– + SCN – ↔ [Fe(SCN) 6 ] 3– + H 2 O Minden lépésre felírható egy egyensúlyi állandó, tehát ennél pl. 6 db. A folyamat csak nagyon nagy egyensúlyi állandók esetén lenne teljes, azaz mennyiségi vizsgálatra alkalmas, ez az „egyfogú” ligandumok esetén igen ritka. („Egyfogú” ligandum, ami egy kötést létesít a központi atommal vagy ionnal. Ilyen az összes eddig megismert ligandum: H 2 O, NH 3, F –, CN –, SCN –, Cl –, OH –.)

5 7.0 Komplex vegyületek „többfogú” ligandumok A „többfogú” ligandum  kettő vagy több nem kötő elektronpárral rendelkezik,  ezek úgy helyezkednek el, hogy közel kerülhetnek a központi részecskéhez,  azt közrefogják, illetve körbezárják. A kétfogú komplexképzőket szokták kelátképzőknek (kelosz = rákolló görög szóból) is nevezni. A leggyakoribb többfogú komplexképző az etilén (EDTA) – CH 2 – CH 2 – CH 2 – COOHHOOC – CH 2 -diamin-tetraecetsav NN CH 2 – COOHHOOC – CH 2 Na + – – + Na dinátriumsója

6 7.0 EDTA komplexek szerkezete Az EDTA fémkomplexek szerkezete A 4 anionos „vég” és a két N atom fogja közre a fémiont, azzal stabilis komplexet alkotva. A fémion töltésszámától (2, 3, 4) függetlenül mindig 1 fémion kötődik 1 EDTA molekulához (pontosabban ionhoz).

7 7.1 A komplexek stabilitása, a pH hatása A komplexek stabilitását befolyásoló tényezők:  a fémion töltésszáma: nagyobb töltés  fémion mérete: kisebb méret  kémhatás: nagyobb pH A pH befolyásolja a folyamatot. H 2 Y 2– + Me H 2 O → MeY 2– + 2 H 3 O + A folyamat során a pH csökken, ezáltal a komplexek stabilitása csökken. Emiatt a komplexometriás titrálások során általában pufferoldato(ka)t használunk. nagyobb stabilitás

8 7.2 Komplexometriás indikátorok működése Ezek a vegyületek maguk is komplexképzők. Működésük azon alapul, hogy más színű a fémmel alkotott komplex, mint a fém nélküli molekula. Színváltozás a titráláskor? Az egyenértékpont után nem változik a szín! A jól megtitrált és a túltitrált oldat ugyanolyan! indikátorfém nélkülikevés fémmelfémmel murexid eriokrómfekete T Titrálás EDTA-val egyenértékpont

9 7.2 Komplexometriás indikátorok használata Problémák 1. Melyiket válasszam? Amelyik reagál a fémmel (táblázat). 2. Milyen mennyiséget használjak? Miért fontos ez? – maga az indikátor is „megköt” fémet, – a színváltozás hosszabb sok indikátor esetén, – a szín változik a mennyiség függvényében: = a kevés indikátornál nem elég erős a szín, = túl sok indikátornál nagyon sötét a szín, azért nem látjuk a változást. 3. Milyen színre titráljak? → Csak egy lehetőségünk van: – utolsó színváltozásig (a jó és a túltitrált egyforma!)

10 7.3 Mérőoldat készítése, pontos koncentráció 500 cm 3 c = 0,02 mol/dm 3 névleges koncentrációjú EDTA mérőoldat készítéséhez hány g Selecton B 2 szükséges? M(EDTA) = 372,24 g/mol EDTA anyagmennyiség n(EDTA) = c(EDTA)·V(EDTA) = 0,01 mol EDTA tömeg m(EDTA) = n(EDTA)·M(EDTA) = 3,7224 g A bemérésünk ténylegesen m(EDTA) = 3,7456 g lett. Mennyi az oldat pontos koncentrációja? c(EDTA) = 0,02012 mol/dm 3

11 7.3 Pontos koncentráció meghatározása Ha nincs megfelelő minőségű EDTA, a pontos koncentrációt titrálással kell meghatározni. 3,2456 g Zn feloldásával készítettünk 1 dm 3 oldatot. Az oldat 10 cm 3 térfogataira 24,6 átlagfogyást kaptunk az EDTA oldatból. Mennyi a pontos koncentráció? A(Zn) = 65,39 g/mol Zn anyagmennyiség n(Zn) = m(Zn)/A(Zn) = 0,0496 mol c(Zn 2+ ) = 0,0496 mol/dm 3 A titrált Zn anyagmennyiség n(Zn 2+ ) = c(Zn 2+ )·V(Zn 2+ ) = 0, mol EDTA anyagmennyiség n(EDTA) = n(Zn 2+ ) = 0, mol EDTA pontos koncentráció c(EDTA) = n(EDTA) /V(EDTA) = 0,02018 mol/dm 3

12 7.4 Egy fémion mérése Ha a minta csak egyféle kationt tartalmaz, megfelelő pH értéken, alkalmas indikátor segítségével mérhető. Egy galvánüzem mosóvizének cinktartalmát mértük. pH = 10 értéken Eriokrómfekete T indikátort használva 50 cm 3 mintára 3,73 cm 3 átlagfogyást kaptunk a 0,02022 mol/dm 3 - es EDTA mérőoldatból. Hány mg/dm 3 a cinktartalom? n(EDTA) = 3,73 cm 3 ·0,02022 mmol/cm 3 = 0,0754 mmol n(Zn 2+ ) = n(EDTA) = 0,0754 mmol c(Zn 2+ ) = 1,51 mmol/dm 3 M(Zn 2+ ) = 65,39 g/mol = 65,39 mg/mmol ρ B (Zn 2+ ) = 98,7 mg/dm 3

13 7.5 Több fémion mérése Ha a minta két vagy több kationt tartalmaz, a lehetőségek a következők: –a komplexek hasonló stabilitásúak, a két ion együtt titrálható, –a komplexek erősen eltérő stabilitásúak, a két ion közül az egyik külön titrálható megfelelő pH értéken. Ha a két hasonló stabilitású komplexet adó fémiont külön akarjuk mérni, két lehetőség kínálkozik: –az ionokat elválasztjuk egymástól pl. lecsapással, –a mérni nem kívánt ion(oka)t álcázzuk (maszkírozzuk).

14 7.5 Összes keménység mérése A vízminta Ca 2+ és Mg 2+ ionjai pH = 10 értéknél gyorsan reagálnak az EDTA-val és stabilis komplexet adnak vele. A két ion komplexe hasonló stabilitású, így egyszerre reagálnak. A végpont jelzésére a Mg 2+ ionok jelenlétét jelző eriokrómfekete T indikátort használják. eriokrómfekete T Mg 2+ ionnal Mg 2+ ionok nélkül

15 7.5 Összes keménység mérése Egy vízminta Ca 2+ és Mg 2+ ionjait (összes keménység) mértük. A c = 0,01978 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérő- oldatból az 100 cm 3 -es mintatérfogatokra átlag 6,2 cm 3 fogyást kaptunk. Mennyi a víz összes keménysége mmol/dm 3 -ben és nk°-ban? n(EDTA) = 6,2 cm 3 ·0,01978 mmol/cm 3 = 0,1226 mmol n(Ca 2+ + Mg 2+ ) = n(EDTA) = 0,1226 mmol c(Ca 2+ + Mg 2+ ) = 1,226 mmol/dm 3 Mennyi ez CaO mg/dm 3 -ben? M(CaO) = 56 g/mol ρ B (CaO) = 68,7 mg/dm 3 A víz keménysége német keménységi fokban (1 nk° = 10 mg CaO/dm 3 ) 6,9 nk°

16 7.5 Ca 2+ és Cu 2+ mérése Egy szennyvízminta Ca 2+ és Cu 2+ ionjait mértük. A 50,0 cm 3 - es mintatérfogatokra a c = 0,01957 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatból a következő átlag-fogyást kaptuk: pH = 5-nél: 3,27 cm 3, pH = 10-nél: 8,33 cm 3. Mennyi a szennyvíz Ca 2+ és Cu 2+ ion tartalma mmol/dm 3 -ben és mg/dm 3 -ben? n(EDTA, 1) = 0,0640 mmol n(Cu 2+ ) = 0,0640 mmol c(Cu 2+ ) = 1,28 mmol/dm 3 A(Cu 2+ ) = 63, 54 g/mol ρ B (Cu 2+ ) = 81,3 mg/dm 3 n(EDTA, 2) = 0,1630 mmol n (Ca 2+ ) = n (EDTA, 2) – n (EDTA, 1) n(Ca 2+ ) = 0,0990 mmol c(Ca 2+ ) = 1,98 mmol/dm 3 A(Ca 2+ ) = 40,08 g/mol ρ B (Ca 2+ ) = 79,4 mg/dm 3

17 7.6 Ca 2+ ionok mérése A vízminta Ca 2+ ionjai pH = 12 értéknél gyorsan reagálnak az EDTA-val és stabilis komplexet adnak vele. A Mg 2+ ion ezen a kémhatáson már nincs oldatban: Mg OH – → Mg(OH) 2 A végpont jelzésére a Ca 2+ ionok jelenlétét jelző indikátorok használhatók: fluorexon, kalcein, murexid. Egy vízminta Ca 2+ ionjait mértük. A c = 0,01995 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatból az 100 cm 3 -es mintatérfogatokra átlag 4,53 cm 3 fogyást kaptunk. Mennyi a víz Ca 2+ ion tartalma mmol/dm 3 -ben és mg/dm 3 -ben? n(EDTA) = 4,53 cm 3 ·0,01995 mmol/cm 3 = 0,0904 mmol n(Ca 2+ ) = n(EDTA) = 0,0904 mmol c(Ca 2+ ) = 0,904 mmol/dm 3 A(Ca 2+ ) = 40,1 g/mol ρ B (Ca 2+ ) = 36,3 mg/dm 3

18 7.6 Mg 2+ ionok mérése A vízminta Ca 2+ ionjait oxalát ionokkal kicsaphatjuk: Ca 2+ + → Ca(COO) 2 A Mg 2+ ionokat pH = 10 értéknél EDTA-val titrálhatjuk. Egy vízminta Mg 2+ ionjait mértük. A c = 0,02015 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatból az 100 cm 3 -es mintatérfogatokra átlag 2,67 cm 3 fogyást kaptunk. Mennyi a víz Mg 2+ ion tartalma mmol/dm 3 -ben és mg/dm 3 -ben? n(EDTA) = 2,67 cm 3 ·0,02015 mmol/cm 3 = 0,0538 mmol n(Mg 2+ ) = n(EDTA) = 0,0538 mmol c(Mg 2+ ) = 0,538 mmol/dm 3 A(Mg 2+ ) = 24,3 g/mol ρ B (Mg 2+ ) = 13,7 mg/dm 3

19 7.7 Fordított titrálás: Fe 3+ ionok mérése A Fe 3+ ionok pH = 2-3 értéknél gyorsan reagálnak az EDTA- val és stabilis komplexet adnak vele. A Fe 3+ ionok jelenléte rodanid-ionokkal jelezhető: Fe SCN – → [Fe(SCN) 6 ] 3– A végpont jelzése fordított titrálással egyszerűbb: az EDTA mérőoldatot titráljuk a mérendő oldattal. 50 cm 3 c = 0,0198 mol/dm 3 -es EDTA oldatra fogyott átlag 12,17 cm 3 vastartalmú oldat. Mennyi az oldat vastartalma g/dm 3 -ben? n(EDTA) = 50 cm 3 ·0,0198 mmol/cm 3 = 0,990 mmol n(Fe 3+ ) = 0,990 mmol c(Fe 3+ ) = 81,3 mmol/dm 3 M(Fe 3+ ) = 55,85 g/mol ρ B (Fe 3+ ) = 4,54 g/dm 3

20 7.8 Visszatitrálás: SO 4 2– ionok mérése A vízminta ionjai a feleslegben hozzáadott Ba 2+ ionokkal reagálnak: Ba 2+ + → BaSO 4 A Ba 2+ ionok feleslege az EDTA-val titrálható: Ba 2+ + H 2 Y 2– +2 H 2 O → BaY 2– + 2 H 3 O + A végpont jelzésére a Ba 2+ ionok jelenlétét jelző indikátor használható, pl. metiltimolkék vagy fluorexon. A mérés során a víz Ca 2+ és Mg 2+ ionjai is reagálnak az EDTA mérőoldattal, ezt figyelembe kell venni! Ha erről elfeledkezünk, hogyan változik az eredményünk a valóságoshoz képest? (Hogyan változik az EDTA fogyás?) Ba 2+ EDTA Ba 2+ EDTA Mg 2+ +Ca 2 +

21 7.8 Visszatitrálás: SO 4 2– ionok mérése A szulfáttartalmú vizsgálandó oldatból 50,00 cm 3 -t Erlen- meyer-lombikba pipettázunk, hozzáadunk 5 cm 3 sósavoldatot. Az így előkészített oldatot felforraljuk, majd forrás közben, lassú ütemben adagolt 20,00 cm 3 0,02 mol/dm 3 bárium- nitrát oldattal lecsapjuk a szulfátot (max 700 mg/dm 3 szulfát). A lehűlt, csapadékos oldathoz késhegynyi metiltimolkék indikátort adunk, és a sárga színű oldatot cseppenként adagolt nátrium-hidroxid-oldattal lila színre (pH ~ 6,5) állítjuk be. Ezután az oldathoz 3 cm 3 tömény ammónium- hidroxidot adunk és a megkékült (pH ~ 11) oldatot a 0,02 mol/dm 3 EDTA-mérőoldattal füstszínűre titráljuk. A fogyásátlagból számoljuk a szulfát-ion tartalmat. Ehhez ismernünk kell a bárium-nitrát mérőoldat pontos koncentrációját is.

22 7.8 Visszatitrálás: SO 4 2– ionok mérése Egy vízminta 100 cm 3 -es térfogataihoz 20 cm 3 c = 0,02012 mol/dm 3 -es Ba(NO 3 ) 2 oldatot adtunk, majd EDTA mérőoldat- tal (c = 0,02008 mol/dm 3 ) titráltuk. A fogyás átlag 16,57 cm 3. A vízminta Ca 2+ és Mg 2+ ionokat nem tartalmazott. Mennyi a víz szulfát-ion tartalma mg/dm 3 -ben? n{Ba(NO 3 ) 2 } = 0,4024 mmol A Ba(NO 3 ) 2 felesleggel reagáló EDTA: n(EDTA) = 0,3327 mmol A szulfát-ionnal reagáló Ba(NO 3 ) 2 : n{Ba(NO 3 ) 2, szulfát} = 0,0697 mmol n(szulfát) = 0,0697 mmol M(szulfát) = 96,1 mg/mmol c(szulfát) = 0,697 mmol/dm 3 ρ B (szulfát) = 67,0 mg/dm 3

23 7.8 Visszatitrálás: SO 4 2– ionok mérése Egy vízminta 100 cm 3 -es térfogataihoz 20 cm 3 c = 0,02023 mol/dm 3 -es Ba(NO 3 ) 2 oldatot adtunk, majd EDTA mérőoldat- tal (c = 0,01983 mol/dm 3 ) titráltuk. A fogyás átlag 18,33 cm 3. A vízminta keménysége 3 mmol/dm 3. Mennyi a víz szulfát- ion tartalma mg/dm 3 -ben? n{Ba(NO 3 ) 2 } = 0,4046 mmol n(EDTA) = 0,3635 mmol n(Ca 2+ +Mg 2+ ) = 0,3000 mmol A Ba(NO 3 ) 2 felesleggel reagáló EDTA: n(EDTA, Ba 2+ ) = 0,0635 mmol A szulfát-ionnal reagáló Ba(NO 3 ) 2 : n{Ba(NO 3 ) 2, szulfát} = 0,3411 mmol n(szulfát) = 0,3411 mmol M(szulfát) = 96,1 mg/mmol c(szulfát) = 3,411 mmol/dm 3 ρ B (szulfát) = 328 mg/dm 3

24 7.9 Összefoglaló kérdések 1.Sorolja fel mi kell a komplex vegyülethez’ (6 pont) 2.Mi a koordinációs szám, milyen értékei lehetnek? (2+2 pont) 3.Milyen tényezőktől és hogyan függ az EDTA komplexek stabilitása? (3+3 pont) 4.Mi a komplexometriás indikátorok működési elve? (3 pont) 5.Hogyan válasszunk indikátort? (2 pont) 6.Milyen mennyiségű indikátor kell? (3 pont) 7.Milyen színűre kell titrálni, mi a hátránya? (3 pont) 8.Milyen a pH változás a titrálás során? Reakció- egyenlettel támassza alá válaszát! Mit alkalmazunk a változás csökkentésére? (1+2+1 pont)

25 7.9 Összefoglaló kérdések 9.Mi a fordított titrálás? Milyen esetben érdemes alkalmazni? (2+2 pont) 10.Mi a visszatitrálás? Milyen esetben érdemes alkalmazni? (2+2 pont) cm 3 c = 0,02 mol/dm 3 névleges koncentrációjú EDTA mérőoldat készítéséhez hány g Selecton B 2 szükséges? M(EDTA) = 372,24 g/mol. A bemérésünk ténylegesen m(EDTA) = 3,7456 g lett. Mennyi az oldat pontos koncentrációja? (3+3 pont) 12.Egy galvánüzem mosóvizének cinktartalmát mértük. 50 cm 3 mintára 3,73 cm 3 átlagfogyást kaptunk a 0,02022 mol/dm 3 -es EDTA mérőoldatból. Hány mg/dm 3 a cinktartalom? M(Zn 2+ ) = 65,39 g/mol (6 pont)

26 7.9 Összefoglaló kérdések 13.Egy vízminta Ca 2+ és Mg 2+ ionjait (összes keménység) mértük. A c = 0,01978 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérő-oldatból az 100 cm 3 -es mintatérfogatokra átlag 6,2 cm 3 fogyást kaptunk. Mennyi a víz összes keménysége mmol/dm 3 -ben és nk°-ban? M(CaO) = 56 g/mol (8 pont) 14.Egy vízminta Ca 2+ ionjait mértük. A c = 0,01995 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatból az 100 cm 3 -es mintatérfogatokra átlag 4,53 cm 3 fogyást kaptunk. Mennyi a víz Ca 2+ ion tartalma mmol/dm 3 -ben és mg/dm 3 -ben? M(Ca 2+ ) = 40 g/mol (6 pont)

27 Függelék: komplexometriás indikátorok indikátorfémionpHszínek Eriokrómfekete TMg 2+, Zn 2+, Cd 2+ 10vörös → kék FluorexonCa 2+, Ba fluoreszkál → nem fluoreszkál MetiltimolkékBa kék → füstszínű MurexidCa 2+ 11vörös → lila PANCu 2+ 3lila → sárga Szulfoszalicilsav Fe lila → színtelen XilenolnarancsPb, Zn, Tl, In3-5vörös → sárga


Letölteni ppt "7. Komplexometria 13. C 13. H Analitika 13. C, 13. H osztály és 1219/6 modul tanfolyam részére 2010/2011 Frissítés: 2011.02.09.Állapot:"

Hasonló előadás


Google Hirdetések